[發明專利]一種基于三角脈沖被動成形的光纖飛秒激光產生裝置和方法

在審

• 申請號: 201910030334.6
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109802283A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 王思佳
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/13
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明提供了一種基于三角脈沖被動成形的光纖飛秒激光產生裝置和方法，屬于超快激光技術領域。所述裝置包括光纖被動鎖模激光器、負色散啁啾光纖光柵、正色散非線性無源光纖、正色散光纖放大器、色散補償器。光纖被動鎖模激光器產生超短激光脈沖，該脈沖經過負色散啁啾光纖光柵變成帶有負啁啾的超短激光脈沖，帶有負啁啾的超短激光脈沖耦合進入正色散非線性光纖中，形成三角形窄帶超短激光脈沖，三角形窄帶超短激光脈沖耦合進入正色散光纖放大器中完成脈沖自相似放大演化，形成拋物線形寬帶線性啁啾脈沖，寬帶線性啁啾脈沖進入色散補償器，色散補償器補償寬帶線性啁啾脈沖在自相似放大過程中積累的正啁啾，獲得傅里葉變換極限脈沖質量的飛秒激光。

技術領域

本發明涉及一種基于三角脈沖被動成形的光纖飛秒激光產生裝置及方法，屬于超快激光技術領域。

背景技術

飛秒(fs，10^-15s)激光的時間分辨率、相干光譜寬度、峰值功率、時間抖動等性能均優于傳統激光技術，可為距離測量、時頻傳遞、精密加工、模數轉換等技術帶來指標性突破，在地球物理觀測、通信、雷達與導航等領域均具有重要應用前景。光纖飛秒激光技術可以克服鈦寶石飛秒激光系統泵浦源昂貴、環境要求苛刻、熱效應等固有缺陷，是飛秒激光實現廣泛商業應用的有效途徑。然而光纖細長的波導結構在帶來實用化優勢的同時，也突出了非線性擾動大、自發輻射放大噪聲強等問題，在高增益運轉下極易發生激光脈沖畸變甚至分裂。自相似放大是指脈沖在正色散增益光纖中演化成為帶有線性啁啾的拋物線形脈沖，脈沖的峰值功率、時域寬度和頻譜寬度延光纖長度呈現指數增長，脈沖的形狀保持拋物線形不變。不同于飛秒激光直接非線性放大技術和飛秒激光啁啾脈沖放大技術，自相似放大技術主動利用光纖中的非線性效應展寬脈沖光譜，并利用正群速度色散將脈沖放大過程積累的相位線性化，從而使得脈沖光譜可以有效展寬而不發生脈沖畸變和分裂，直接輸出高功率的寬光譜線性啁啾拋物線脈沖，只需采用二階色散補償就可以有效地壓縮脈沖，得到高質量的變換極限飛秒激光脈沖，這是自相似放大技術最突出的優點。自相似放大技術充分利用了光纖作為激光增益介質的優勢，是光纖飛秒激光系統性能提升的便利和有效的手段。

由于光纖放大器的增益譜形狀由反轉粒子數分布決定，在放大器增益一定的情況下，受到增益整形作用的影響，脈沖在光纖中自相似放大演化的速度和效果與種子脈沖波長、寬度、啁啾、形狀等因素密切相關。為降低增益整形作用對自相似放大演化過程的影響，通常有兩種解決方案：一種是采用較長的增益光纖，以此提高光纖放大器的增益帶寬，然而當增益光纖過長時，受激拉曼散射效應將影響放大過程中的啁啾積累，進而劣化壓縮后的飛秒激光脈沖質量，限制放大輸出飛秒激光脈沖能量，并且增益光纖越長，自發輻射放大噪聲越大；另一種解決方案是采用輸出脈沖光譜形狀平滑、譜寬較窄的固體鎖模激光振蕩器作為種子脈沖源，進而間接減小增益帶寬對脈沖自相似放大演化的限制，但是該方案無法實現全光纖化，降低了光纖系統的緊湊性優勢。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于三角脈沖被動成形的光纖飛秒激光產生方法和裝置，縮短產生飛秒激光時自相似放大所需增益光纖長度，進而抑制受激拉曼散射效應擾動，同時降低對種子光源的性能要求，實現產生飛秒激光產生裝置的全光纖化和小型化。

本發明的技術解決方案是：一種基于三角脈沖被動成形的光纖飛秒激光產生裝置，該裝置包括光纖被動鎖模激光器、負色散啁啾光纖光柵、正色散非線性無源光纖、正色散光纖放大器、色散補償器，其中：